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BIOLOGIA/ Vita artificiale o solo (rilevanti) "variazioni sul tema"?

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Un team di ricercatori dello Scripps Research Institute negli Stati Uniti, guidati da Floyd Romesberg, ha pubblicato pochi giorni fa su Nature il resoconto di un lavoro scientifico che ha avuto un’ampia risonanza negli organi di stampa, come pure all’interno della comunità scientifica internazionale. Certa stampa ha infatti salutato la scoperta come il primo passo verso la vita artificiale. Per chiarire quale sia la portata di questa ricerca, prima di delineare i termini concreti del lavoro svolto dovremo opportunamente premettere alcuni elementi di contesto.

Come ormai tutti sanno almeno a grandi linee, negli organismi è il DNA che codifica le proteine, che nel loro insieme costituiscono il macchinario che sostiene quasi tutte le funzioni, a livello cellulare e di organismo. Le proteine sono polimeri lineari costituti dall’assemblaggio di un repertorio di 20 diversi amminoacidi e ciascuna di esse può consistere di un numero variabile di amminoacidi (da poche decine a diverse migliaia). Il DNA è a sua volta un polimero lineare che codifica l’informazione con un alfabeto di “quattro lettere”: chimicamente si tratta di quattro nucleotidi, consistenti di una diversa base azotata, dello zucchero deossiribosio e di un fosfato. Le basi sono adenina, timina, guanina e citosina (abbreviate rispettivamente in A, T, G e C). La sequenza in basi costituisce il contenuto di informazione del DNA.

Esso inoltre è composto di due filamenti che si avvolgono l’uno sull’altro a formare la ben nota “doppia elica” e le loro sequenze in basi sono complementari: vale a dire, quando in un filamento in una data posizione della sequenza è presente una adenina, nell’altro filamento alla corrispondente posizione è presente una timina; e così pure a una guanina corrisponde una citosina. I geni sono normalmente tratti di DNA che codificano proteine. Il codice genetico stabilisce la corrispondenza tra qualsiasi sequenza di tre basi e un determinato amminoacido; più specificamente, ognuno dei 20 amminoacidi è codificato da una o più sequenze di tre basi detta codone. Poiché infatti esistono 4 x 4 x 4 = 64 codoni, la maggior parte dei 20 amminoacidi deve essere codificata da più di un codone.

Gli scienziati dello Scripps Institute hanno ingegnerizzato un microrganismo ampiamente utilizzato nelle sperimentazioni biologiche, l’Escherichia coli, così da introdurre una coppia di nucleotidi non naturale, denominati d5SICS e dNAM, le cui basi sono in grado di appaiarsi l’una con l’altra, come le altre due coppie naturali. Tale organismo possiede quindi, almeno in linea di principio, un DNA con tre coppie di basi anziché due, con il conseguente incremento di variabilità combinatoriale della sequenza.

In altre parole, il numero teorico possibile di codoni sale da 64 a 6 x 6 x6 = 216. Bisogna però precisare che tale nuova coppia di basi era presente in un’unica copia nel microrganismo ingegnerizzato (a fronte delle migliaia di coppie naturali ivi presenti) e neppure si trovava nel cromosoma batterico, bensì in un plasmide, cioè un elemento genetico extracromosomiale, che frequentemente i batteri possiedono, replicano e trasmettono alle cellule figlie (e anche si scambiano talvolta tra loro).

Inoltre il tratto di DNA plasmidico che conteneva tale coppia non naturale di basi non veniva trascritto, vale a dire, non veniva utilizzato per produrre proteine come gli altri geni naturali; né avrebbe potuto essere altrimenti, dato che il normale corredo di componenti molecolari necessari allo scopo non era evidentemente in grado di riconoscere le basi non naturali. Tuttavia, nel corso della divisione cellulare il plasmide era replicato normalmente e trasmesso alle cellule figlie con buona stabilità dagli enzimi deputati a questo: quindi non era trattato come un corpo estraneo e rimosso, come fanno certi sistemi enzimatici verso sequenze di DNA riconosciute come estranee o danneggiate.

Per raggiungere questo obiettivo, gli autori del lavoro hanno modificato geneticamente il microrganismo in modo da renderlo capace di importare i nucleotidi contenenti le basi modificate (aggiunti al terreno di crescita); hanno inoltre costruito un plasmide già contenente nella sua sequenza tali basi e lo hanno introdotto nel microrganismo con le tecnologie oggi disponibili allo scopo. Il microrganismo è quindi dipendente dal rifornimento dall’esterno dei nucleotidi non naturali per poter replicare nel suo DNA le basi modificate.

Da un punto di vista tecnologico il lavoro si è avvalso della combinazione di molteplici metodologie molto avanzate, anche se oggi accessibili a qualsiasi buon laboratorio che maneggi tecniche di biologia molecolare e di biochimica. Per le implicazioni teoriche si tratta indiscutibilmente di un contributo di primissimo piano. Il lavoro dimostra infatti che le caratteristiche molecolari che noi osserviamo oggi negli organismi non sono le uniche possibili. In altre parole, esso suggerisce che gli organismi possiedano caratteristiche selezionate tra un repertorio molto più ampio di opzioni, che avrebbero potuto essere adottate e che sono state scartate in modo probabilmente casuale. Questa conclusione ha implicazioni fondamentali nella comprensione delle dinamiche evolutive.



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COMMENTI
12/05/2014 - Una prova indiretta... (Francesco Giuseppe Pianori)

E' una prova indiretta dell'esistenza di Dio e, soprattutto, dell'Incarnazione del Verbo di Dio con conseguente umanità e divinità di Gesù Cristo. Se infatti è possibile una vita diversa dalle 4 basi canoniche del DNA vuol dire che è possibile una generazione che non prevede l'intervento diretto del maschio (i.e. partenogenesi) ma di un altro attore (i.e. Spirito Santo). E' la categoria della possibilità. Il mondo non è deterministicamente fissato e, se è possibile per l'uomo (che è limitato e non crea nulla dal nulla, ma da già dato) agire in questo settore, a maggior ragione l'attore che ha dato il via a tutto. Una "variazione sul tema" fu già realizzata nel campo dell'esistenza di cose inanimate dal compianto Giulio Natta: il "polipropilene isotattico" ha rivoluzionato la nostra vita...